芋頭多糖的提取及對(duì)煙絲的保潤(rùn)效果

馬 丹，馬 林，王君婷，郭林青，吳時(shí)璽，胡騰飛，李 萌

（鄭州輕工業(yè)大學(xué)，煙草生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001）

芋頭，也稱芋艿，天南星科植物的地下球莖[1]，含豐富的黏性物質(zhì)，其主要成分是黏多糖。芋頭多糖主要成分是由葡萄糖和甘露糖以β-糖苷鍵連接而成的雜多糖，具有良好的吸水性和保濕性，廣泛用于化妝品、食品、藥品、生物、材料等諸多領(lǐng)域[2-5]。近年來，中式卷煙產(chǎn)品煙氣干燥、辛辣甜潤(rùn)感不夠等問題日益突出[6-7]，植物多糖含有豐富的羥基，在改善中式卷煙的保潤(rùn)性能和感官舒適度方面發(fā)揮了重要作用。岳海波[8]將魔芋多糖應(yīng)用到卷煙保潤(rùn)劑的配方中，得到了較好的物理保潤(rùn)和感官保潤(rùn)效果；孟冬玲等人[9]利用魔芋葡聚甘糖的多羥基化合物特性對(duì)其改性，并應(yīng)用到卷煙保潤(rùn)中，得到了比丙二醇有較好能力的保潤(rùn)效果。

關(guān)于芋頭的研究目前主要集中于生物活性及食用方面，作為保潤(rùn)劑的研究尚未見報(bào)道。趙國(guó)華等人[10]發(fā)現(xiàn)，芋頭多糖在適當(dāng)劑量下可顯著提高體內(nèi)T淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞的活性，增強(qiáng)人體的免疫能力。還有報(bào)道芋頭多糖對(duì)羥自由基具有較強(qiáng)的清除作用，且能抑制H2O2誘導(dǎo)的紅細(xì)胞氧化溶血[11]。在珠江流域，芋頭是人們餐桌上的菜肴，也有不少養(yǎng)生者提出芋頭能益脾胃、調(diào)中氣、化痰散結(jié)[12]。因此，芋頭是一種食療兼優(yōu)的農(nóng)產(chǎn)品。以芋頭作為研究對(duì)象，以水提醇沉的方法提取并純化多糖，以傳統(tǒng)的保潤(rùn)劑丙二醇、丙三醇為對(duì)照，研究其吸濕保濕性能，以期為新型煙用保潤(rùn)劑開發(fā)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用芋頭為白芋，購(gòu)于鄭州某市場(chǎng)；煙絲，吉林中煙提供的未加香加料配方煙絲；無水乙醇、三氯乙酸、氫氧化鈉、活性炭，均為分析純。

BS201S型分析天平，國(guó)華電器有限公司產(chǎn)品；KQ-5200DB型數(shù)控超聲儀，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；Avanti J-26SXP型高速冷凍離心機(jī)，美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特有限公司產(chǎn)品；DZKW-4型電熱恒溫水浴鍋，北京中興偉業(yè)儀器有限公司產(chǎn)品；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州凱鵬實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；ST-07B型打粉機(jī)，上海樹立儀器儀表有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 芋頭多糖的提取條件優(yōu)化

新鮮芋頭清洗去皮，完全干燥后打粉，過120目篩。取適量芋頭粉，考查料液比1∶20，1∶30，1∶40， 1∶50， 1∶60； 提取溫度 50， 60， 70， 80，90℃；提取時(shí)間1，2，3，4，5 h等3個(gè)因素對(duì)芋頭多糖提取率的影響。

試驗(yàn)測(cè)定粗多糖采用苯酚-硫酸法。以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，繪制其標(biāo)準(zhǔn)曲線。分別將2.0 mL蒸餾水（空白對(duì)照管）、芋頭多糖對(duì)照品溶液、葡萄糖對(duì)照品溶液和樣品溶液取于10 mL比色管中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%苯酚1 mL，搖勻，迅速加入5.0 mL濃硫酸，立即混勻后迅速冷卻，再放于水浴鍋中沸水浴15 min，流水迅速冷卻。于波長(zhǎng)480 nm處測(cè)定各個(gè)條件下提取液的吸光度，得到擬合曲線為Y=0.819 8X，R2=0.999。

計(jì)算公式為：

參考姜紹通等人[16]方法對(duì)粗多糖進(jìn)行純化得到芋頭多糖1，2，3。

1.2.2 芋頭多糖的保潤(rùn)效果

（1）不同濃度芋頭多糖保潤(rùn)效果。將將純化芋頭多糖水溶液分別以0.05%，0.10%，0.15%均勻噴灑到煙絲（每份20 g） 表面，添加好的煙絲樣品置于恒溫恒濕箱中，溫度設(shè)定為22±1℃，RH=60%，平衡24 h，每組試驗(yàn)3次重復(fù)。每份5 g置于稱量瓶?jī)?nèi)，記錄空稱量瓶和稱量瓶總質(zhì)量，敞口置于RH=30%的硫酸干燥器中，每隔24 h測(cè)定1次質(zhì)量。測(cè)量5 d后，將所有煙絲樣品敞口置于鼓風(fēng)干燥箱中，按照烘箱法測(cè)定每組煙絲樣品的含水量，比較其失水能力的大小。

（2）純化多糖與傳統(tǒng)保潤(rùn)劑保潤(rùn)效果比較。將芋頭多糖、丙二醇、丙三醇以0.1%添加量均勻噴灑到煙絲表面，并以添加等量的蒸餾水作為空白對(duì)照組。測(cè)量失水能力方法與1.2.2（1） 一致。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取優(yōu)化

2.1.1 料液比對(duì)多糖提取率的影響

固定其他條件不變，分析不同料液比對(duì)多糖提取率的影響。

料液比對(duì)多糖提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對(duì)多糖提取率的影響

從圖1可以看出，在料液比為1∶20～1∶60時(shí)，隨著料液比的增大，芋頭多糖的提取率呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)。其中，當(dāng)料液比在1∶20～1∶40時(shí)，芋頭多糖的提取率迅速增加至最大值；在料液比大于1∶40時(shí)，提取率增加緩慢，趨于不變。

2.1.2 提取溫度對(duì)芋頭多糖提取率的影響

固定其他條件不變，分析不同提取溫度對(duì)多糖提取率的影響。

提取溫度對(duì)芋頭多糖提取率的影響見圖2。

圖2 提取溫度對(duì)芋頭多糖提取率的影響

由圖2可知，隨著提取溫度的升高，芋頭多糖的提取率逐漸增大，其中50～60℃時(shí)提取率增加最快，隨后提取溫度增加，多糖提取率均勻增加。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)芋頭多糖提取率的影響

固定其他條件不變，分析不同提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響。

提取時(shí)間對(duì)芋頭多糖提取率的影響見圖3。

圖3 提取時(shí)間對(duì)芋頭多糖提取率的影響

由圖3可知，在料液比、提取溫度相同的情況下，隨著提取時(shí)間的增加，芋頭多糖提取率先增加而后略有降低。在提取時(shí)間1～3 h迅速增加至19.85%，隨后芋頭多糖提取率趨于不變，略微降低至19.42%。

2.1.4 芋頭多糖提取的正交優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以料液比、提取溫度、提取時(shí)間為影響因素進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化，以芋頭多糖提取率為指標(biāo)，考查綜合因素對(duì)其影響，確定最佳芋頭多糖提取工藝參數(shù)。

試驗(yàn)因素與水平正交設(shè)計(jì)見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果分析見表2，方差分析見表3。

表1 試驗(yàn)因素與水平正交設(shè)計(jì)

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

表3 方差分析

由表2正交試驗(yàn)結(jié)果分析可知，在料液比（A）、提取溫度（B）、提取時(shí)間（C） 影響因素中，A因素極差R最大，是芋頭提取因素中的主要影響因素，其最優(yōu)水平為A3；其次是提取時(shí)間（C），最優(yōu)水平為C3；影響因素最小的是提取溫度（B），最優(yōu)水平為B3，此結(jié)果與表3方差分析結(jié)果一致。為進(jìn)一步驗(yàn)證正交試驗(yàn)結(jié)果的可靠性與真實(shí)性，按照最佳提取條件進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，芋頭多糖得率分別為25.34%，25.31%，25.31%，平均得率為25.32%，說明此條件下試驗(yàn)具有可重復(fù)性。綜上所述，提取的最優(yōu)條件是A3B3C3，也就是料液比1∶40，提取溫度70℃，提取時(shí)間5 h。

2.2 芋頭多糖溶液對(duì)煙絲保潤(rùn)效果

將純化得到的3種多糖（1，2，3） 分別以0.05%，0.10%，0.15%添加量添加到煙絲中，考查芋頭多糖不同添加量的保潤(rùn)效果，得到5 d各組煙絲樣品每24 h的失水率。

煙絲樣品失水質(zhì)量百分比見表4。

從表4可以看出，隨著時(shí)間增加添加了芋頭多糖的煙絲失水比例逐漸減??；隨著芋頭多糖添加量的增加，煙絲失水比例先減少后增加，在添加量為0.1%時(shí)，煙絲失水比例小于芋頭多糖1和3，說明芋頭多糖2保潤(rùn)效果更好。

表4 煙絲樣品失水質(zhì)量百分比/%

將芋頭多糖（1，2，3）、丙二醇、丙三醇和蒸餾水以0.1%添加量分別添加到煙絲中，比較其保潤(rùn)效果，得到5 d各組煙絲樣品每24 h的失水率。

煙絲樣品失水質(zhì)量百分比見表5。

從表5可以看出，添加了不同保潤(rùn)劑的煙絲5 d后的失水比例均低于空白對(duì)照組14.11%；添加了芋頭多糖作為保潤(rùn)劑的煙絲比傳統(tǒng)的保潤(rùn)劑甘油、丙二醇失水比例小，表明芋頭多糖具有較好的保潤(rùn)效果。

表5 煙絲樣品失水質(zhì)量百分比/%

3 結(jié)論

選取廉價(jià)易得的芋頭作為試驗(yàn)材料，應(yīng)用水法提取多糖，不同料液比、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)多糖的提取率都有較為明顯的影響，并且在這些影響因素中，料液比的影響最大，最佳為1∶40；其次為提取時(shí)間，最佳為5 h；提取溫度的影響最小，最佳為70℃，在最佳提取條件下，芋頭多糖的提取率為25.32%。王瑜和楊秀芳等人[11，13]研究了料液比、提取時(shí)間、提取溫度對(duì)新鮮芋頭多糖的影響，3個(gè)因素對(duì)多糖提取率的影響主次程度結(jié)果與試驗(yàn)完全一致，但由于試驗(yàn)研究對(duì)象為芋頭干粉，與新鮮芋頭相比諸多的物理性質(zhì)在處理過程中發(fā)生變化，所以最佳提取條件的結(jié)果不完全一致。劉萍等人[14]研究了不同體積分?jǐn)?shù)乙醇對(duì)水溶性芋頭多糖的影響，其結(jié)果表明提取溫度、提取時(shí)間對(duì)其結(jié)果影響較顯著與試驗(yàn)結(jié)果有出入，可能是因?yàn)椴煌w積分?jǐn)?shù)乙醇和其他因素之間有交互作用，使各因素對(duì)提取率的影響有所不同。

多糖含有豐富的羥基和氫鍵，可通過與水分子形成氫鍵減少水分的揮發(fā)或捕集空氣中的水分，從而保持含水率的相對(duì)穩(wěn)定。研究結(jié)果顯示，當(dāng)芋頭多糖在煙絲中添加量為0.1%時(shí)，煙絲失水率低于添加丙二醇組和丙三醇組，具有較好的保潤(rùn)效果。此外，芋頭中含有多種微量元素，能增強(qiáng)人體的免疫功能，可作為防治癌瘤的常用藥膳主食，具有良好的保健效果。與趙國(guó)華[15]研究相似，姜紹通等人[16]發(fā)現(xiàn)芋頭多糖可以提高小鼠巨噬細(xì)胞的吞噬能力，提高其免疫能力。我國(guó)芋頭資源豐富，將芋頭多糖作為保潤(rùn)劑具有提取成本低、性能好和安全性等優(yōu)點(diǎn)，有望作為新型保潤(rùn)劑用于煙草加工。